DE112005003572T5

DE112005003572T5 - Flusszelle mit Hüllfluss

Info

Publication number: DE112005003572T5
Application number: DE112005003572T
Authority: DE
Inventors: Klaus Witt; Tom van de San Mateo Goor
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2006119806A1

Abstract

Eine Flusszelle aufweisend
einen ersten Einlass (1) zum Anlegen eines Probenfluids an die Flusszelle,
einen zweiten Einlass (4, 6) zum Anlegen eines Hüllfluids an die Flusszelle,
ein oder mehrere Auslasse (10, 11, 12),
wobei ein Probenfluss (2) von Probenfluid zwischen dem ersten Einlass (1) und einem der einen oder mehrere Auslasse (10, 11, 12) hergestellt wird, und ein Hüllfluss (5, 7) von Hüllfluid zwischen dem zweiten Einlass (4, 6) und zumindest einem der einen oder mehreren Auslasse (10, 11, 12) hergestellt wird, und der Hüllfluss (5, 7) angepasst ist zum Umhüllen des Probenflusses (2) zumindest in einem Teil der Flusszelle,
ein Empfänger zum Empfangen eines Antwortsignales in Antwort auf ein an die Flusszelle gekoppeltes Stimulussignal, wobei das Antwortsignal auf eine elektrische Eigenschaft des Probenfluids hinweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Fluidzellen, z.B. in einem Fluidseparationssystem.
Bei der Bestimmung von Eigenschaften eines Probenfluids in einer Detektionszelle besteht oft das Bedürfnis das Probenfluid in einen vordefinierten Bereich der Detektionszelle zu begrenzen. Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein das Probenfluid auf eine Region zu begrenzen, in der die Detektion tatsächlich stattfindet. Zum Beispiel kann bei der Bestimmung von Eigenschaften von Zellen oder Kügelchen (engl.: beads), die in einem Probenfluid enthalten sind, die Messgenauigkeit durch mechanisches Einengen des Flusses des Probenfluids auf einen vorgegebenen Bereich der Detektionszelle verbessert werden.
OFFENBARUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Flusszelle zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsform werden in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist eine Flusszelle einen ersten Einlass, der dazu angepasst ist, einen Probenfluid in die Flusszelle zu bringen, einen zweiten Einlass, der dazu angepasst ist ein Hüllfluid in die Flusszelle zu bringen, und einen oder mehrere Auslasse auf. Ein Probenfluss des Probenfluids wird zwischen dem ersten Einlass und einem der ein oder mehrere Auslasse hergestellt, und ein Hüllfluss des Hüllfluids wird zwischen dem zweiten Einlass und zumindest einem der ein oder mehrere Auslasse hergestellt, wobei der Hüllfluss dazu angepasst ist den Probenfluss einzuhüllen, zumindest in einem Teil der Flusszelle. Die Flusszelle weist ferner einen Empfänger auf, der dazu angepasst ist ein Antwortsignal in Antwort auf ein in die Flusszelle gekoppeltes Stimulus-Signal zu empfangen.
Ein Probenfluss wird aufgesetzt durch Anlegen von Probenfluid an den ersten Einlass und durch Abziehen des Probenfluids über einen der ein oder mehrere Auslasse. Ferner wird durch Anlegen eines Hüllfluids an den zweiten Einlass und Abziehen des Hüllfluids über zumindest einen der ein oder mehrere Auslasse ein Hüllfluss aufgesetzt. Der Fluss kann zum Beispiel angetrieben werden durch Anlegen eines Unterdrucks (Vakuum) an der Auslassseite oder durch Anlegen eines Drucks an der Einlassseite. Ebenso kann ein Druckdifferenzial, zum Beispiel unterschiedliche Flüssigkeitshöhen an Einlass und Auslass oder Verdampfen am Auslass, oder eine Elektromobilisation durch Elektroendosmosis verwendet werden. Der Hüllfluss ist dazu angepasst den Probenfluss des Probenfluids an einen vorgegebenen Bereich der Flusszelle zu begrenzen. Wenn ein Stimulus-Signal an die Flusszelle gekoppelt wird und ein Antwortsignal in Antwort darauf erhalten wird, können eine oder mehrere Eigenschaften des Probenfluids von dem Antwortsignal abgeleitet werden. Zum Beispiel kann der Fluss des Sample-Fluids auf eine vordefinierte Region der Flusszelle begrenzt werden, wobei das Stimulus-Signal auf diese vorgegebene Region angewandt wird. Mit Hilfe dieser einen oder mehrere Hüllflüsse kann der Fluss des Sample-Fluids zum Beispiel auf den Bereich der Detektionszelle begrenzt werden, wo die Detektion tatsächlich stattfindet.
Ferner kann durch Umhüllen des Flusses des Samplefluids erreicht werden, dass direkter Kontakt zwischen dem Probenfluid und den Seitenwänden der Flusszelle vermieden oder zumindest reduziert wird. Als Konsequenz daraus können Makromoleküle, Zellen, Kügelchen oder andere Spezies, die in dem Sample-Fluid enthalten sind, nicht länger an die Seitenwände der Flusszelle anhaften, und Kontamination der Seitenwände wird reduziert. Ferner kann ebenso ein Verstopfen des Detektionskanals der Flusszelle verhindert werden, was oft in Detektionszellen gemäß dem Stand der Technik aufgetreten ist. Durch Anlegen der einen oder mehreren Hüllflüsse wird der Probenfluss von den Seitenwänden der Flusszelle weggehalten und eine definierte Flussgeometrie erreicht. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Flusszelle verbessert und mit Hinblick auf das Antwortsignal die Messgenauigkeit erhöht.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sind der erste Einlass und der zweite Einlass beide in der Nähe des ersten Endes der Flusszelle angeordnet. Gemäß eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispieles befinden sich die einen oder mehreren Auslasse in der Nähe des zweiten Ende der Flusszelle entgegengesetzt zu dem ersten Ende. Entsprechend fließen die einen oder mehreren Hüllflüsse und der Probenfluss im Wesentlichen parallel zueinander von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende der Flusszelle.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Stimulus-Signal ein elektrisches Signal oder ein elektromagnetisches Signal. Durch Empfang eines Antwortsignals in Antwort auf das elektrische oder elektromagnetische Stimulus-Signal können elektrische oder elektromagnetische Eigenschaften des sich in der Flusszelle befindlichen Fluids abgeleitet werden. Alternativ dazu kann das Stimulus-Signal ein optisches Signal sein, um eine optische Eigenschaft des Fluids in der Flusszelle zu bestimmen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich eine erste Elektrode in dem Bereich des ersten Endes der Flusszelle oder in einem Bereich des zweiten Endes der Flusszelle, um ein elektrisches oder elektromagnetisches Stimulus-Signal an die Flusszelle zu koppeln. Ferner befindet sich in einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel eine zweite Elektrode in der Region des zweiten Endes der Flusszelle oder in dem Bereich des ersten Endes der Flusszelle, wobei die zweite Elektrode dazu angepasst ist ein elektrisches oder elektromagnetisches Antwortsignal zu empfangen. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Eigenschaften des in der Flusszelle sich befindenden Fluids entlang der Länge des Detektionskanals bestimmt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels fließen das Hüllfluid und das Probenfluid in direktem Kontakt miteinander. Solange die laterale Diffusion gering bleibt, vermischen sich das Hüllfluid und das Probenfluid nicht signifikant.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Flusszelle eine Bestimmungseinheit auf, die dazu angepasst ist das Antwortsignal in eine oder mehrere elektrische Eigenschaften des Probenfluids zu konvertieren. Zum Beispiel kann die Bestimmungseinheit die Größe und/oder die Phase des Antwortsignals mit der Größe und/oder der Phase des Stimulus-Signals vergleichen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind das Stimulus-Signal und das Antwortsignal beides Wechselspannungs-Signale. Wenn ein Wechselspannungs-Antwortsignal detektiert wird, liefern sowohl die Größe des Antwortsignals als auch deren Phasenverschiebung Informationen über die elektrischen Eigenschaften des Probenfluids. Ferner kann zusätzliche Information zum Beispiel durch Variieren der Frequenz des Wechselspannungs-Signals erhalten werden. Wechselspannungs- Signale können kapazitiv an das Fluid gekoppelt und aus dem in der Flusszelle enthaltenen Fluid ausgekoppelt werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Eigenschaft, die von dem Antwortsignal abgeleitet wird zumindest eine aus: Leitfähigkeit, komplexe Leitfähigkeit, Impedanz, Widerstand, Recktanz, relative Permittivität.
Gemäß eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung übertrifft die Leitfähigkeit des Probenfluids die des Hüllenfluids. In dieser Ausführungsform hängen die elektrischen Eigenschaften des in der Flusszelle enthaltenen Fluids hauptsächlich von den Eigenschaften des Probenfluids ab. In der Tat kann der Fluss des leitfähigen Probenfluids als ein „flüssiger Draht" betrachtet werden. In diesem Ausführungsbeispiel ändert die Anwesenheit des Hüllflusses nicht signifikant das elektrische Verhalten des Probenflusses.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Länge der Flusszelle kurz genug um sicherzustellen, dass das Hüllfluid und das Probenfluid sich im Wesentlichen nicht mischen. Der Betrag der lateralen Diffusionen hängt von dem Zeitintervall ab, das benötigt wird um die Flusszelle zu durchlaufen. Dieses Zeitintervall kann zum Beispiel von den jeweiligen Geschwindigkeiten der Fluide abhängen und von der Länge der Flusszelle. Wenn die Länge der Flusszelle hinreichend klein ist, wird der Betrag der lateralen Diffusion eher klein werden. Vorzugsweise ist die Länge der Flusszelle so klein, dass der Probenfluss und der Hüllfluss im Wesentlichen phasensepariert über die Länge der Flusszelle bleiben. Vorzugsweise ist die Länge der Flusszelle zwischen 1 μm und 1800μm, und noch bevorzugter ist die Länge der Flusszelle zwischen 10μm und 300μm.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der ersten und zweiten Elektrode in direktem Kontakt mit dem Probenfluid. Durch das direkte Kontaktieren des Probenfluids werden hochempfindliche Messungen möglich.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Wechselspannungs-Signal kapazitiv an die Flusszelle über die erste Elektrode gekoppelt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Wechselspannung-Antwortsignal kapazitiv durch die zweite Elektrode empfangen. In dieser Ausführungsform wird jeder direkte Kontakt zwischen einer Elektrode und dem in der Flusszelle enthaltenden Fluid, der Anlass für ungewünschte Effekte sein kann, vermieden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden das Probenfluid und das Hüllfluid beide über einen gemeinsamen Auslass abgeleitet. In einer alternativen Ausführungsform weist die Flusszelle einen ersten Auslass, der dazu angepasst ist primär das Probenfluid auszuleiten, und einen oder mehrere Auslasse, die dazu angepasst sind, primär das Hüllfluid auszulassen, auf. In dieser Ausführungsform kann das aus dem ersten Auslass erhaltene Probenfluid zum Beispiel für weitere Analysen verwendet werden. Ferner kann durch individuelles Steuern der sub-atmosphärischen Drücke, die auf den ersten Auslass und auf den einen oder mehreren zweiten Auslasse angelegt werden, der jeweiligen Flussraten des Probenflusses und des/der Hüllflusses/Hüllflüsse kontrolliert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein einseitiges Verengen des Probenflusses erreicht, wobei der Probenfluss mittels eines einzigen Hüllflusses, der sich an einer Seite des Probenflusses befindet, begrenzt wird. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein zweiseitiges Einengen des Probenflusses mittels zweier Hüllflüsse erreicht, die sich auf der rechten Seite und der linken Seite des Probenflusses befinden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel umringt der Hüllfluss den Probenfluss in einer Art und Weise, dass ein allseitiges Einengen des Probenflusses erreicht wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Flusszelle für zumindest eines der Folgenden verwendet: Zählen und Analysieren von Zellen, Kügelchen oder einer Mischung von beiden, die in dem Probenfluid enthalten sind. Wenn immer eine Zelle oder ein Kügelchen den Detektionskanal passiert, wird die Anwesenheit der Zelle oder des Kügelchens durch eine entsprechende Änderung des elektrischen, elektromagnetischen oder optischen Antwortsignales angedeutet. Zum Beispiel kann, wenn die Flussrate des Probenflusses bekannt ist, die Anzahl der Zellen oder Kügelchen pro Volumeneinheit bestimmt werden. Durch Einführen einer oder mehrerer Hüllflüsse wird sichergestellt, dass die Zellen oder Kügelchen nicht an die Seitenwände anhängen und ein Verklumpen des Detektionskanals wird verhindert, auch wenn der Probenstrom auf einen Bereich so klein wie die Probenzelle oder das Probenkügelchen begrenzt wird.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, agiert der Fluss des hochleitenden Probenfluids wie ein flüssiger Draht, der dazu angepasst ist, Zellen oder Kügelchen zu kontaktieren, wenn sie durch den Detektionskanal passieren. Das erlaubt ein Ermitteln der elektrischen Eigenschaften der Zelle oder des Kügelchens in dem Detektionskanal. Die Leitfähigkeit des Hüllfluids ist wesentlich geringer als die Leitfähigkeit des Probenfluids, und aus diesem Grund agieren der eine oder mehrere Hüllflüsse wie Isolatoren und beeinflussen nicht signifikant die gemessenen elektrischen Eigenschaften.
In einem Ausführungsbeispiel wird die elektrische Eigenschaft moduliert, wann immer eine Zelle durch den Detektionskanal passiert. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Bestimmungseinheit dazu angepasst, Änderungen der jeweiligen elektrischen Eigenschaft zu analysieren. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel führt die Bestimmungseinheit eine spektrale Analyse des Antwortsignals aus. Auf diese Weise können von den Zellen oder zum Beispiel durch funktionalisierte Kügelchen absorbierte Frequenzkomponenten detektiert werden. Im Allgemeinen korrespondiert eine Absorption einer bestimmten Frequenzkomponente mit einer Anregung, zum Beispiel einem rotatorischen Freiheitsgrad. Die Spektralanalyse des Antwortsignales ergibt ein detailliertes Bild der in dem Probenfluid enthaltenen Moietäten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die innere Oberfläche der Flusszelle mit einem Anti-Haftmittel, wie zum Beispiel PEG (Polyethylen-Glykol), bedeckt.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Flusszelle ferner eine Lichtquelle und eine optische Detektionseinheit auf. Die Lichtquelle liefert ein Stimulus-Signal an das in der Flusszelle enthaltenen Fluids, und die optische Detektionseinheit ist dazu angepasst, ein in Antwort auf das Stimulus-Signal erhaltenes optisches Antwortsignal zu analysieren. Zum Beispiel kann die Intensität des transmittierten Lichtes oder die Intensität des fluoreszendierenden Licht detektiert werden, oder eine Strahlablenkung kann Änderungen des Brechungsindex indizieren.
Gemäß eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispieles wird die Fluoreszenzintensität jedesmal ausgewertet, wenn eine gemessene elektrische Eigenschaft indiziert, dass eine Zelle oder ein Kügelchen durch die Flusszelle läuft. In dieser Ausführungsform lösen Änderungen einer detektierten elektrischen Eigenschaft die Evaluierung der Fluoreszenzintensität aus. Für jede Zelle oder Kügelchen wird sichergestellt, dass die Fluoreszenzintensität genau an dem Zeitpunkt an dem bestimmt wird, wenn die Zelle oder das Kügelchen die Fluoreszenzdetektionseinheit passiert. Durch Kombinieren der Auswertung der elektrischen Antwortsignale mit der Fluoreszenzintensitätsdetektion kann ein präzises Überwachen der Fluoreszenzintensität der individuellen Zellen oder Kügelchen erreicht werden. Dubletten, Multibletten oder Paare können unterschieden und ausgeschlossen werden für klare Interpretationen authentischer Populationen.
Gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels wird die elektrische Eigenschaft jedesmal evaluiert, wenn die Fluoreszenzdetektionseinheit indiziert, dass eine Zelle oder ein Kügelchen durch die Flusszelle läuft.
Gemäß eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung kann die Flusszelle als Teil eines mikrofluidischen Chipgerätes realisiert werden. Ferner bevorzugt können geeignete Techniken wie zum Beispiel Laserabtragen, Heißprägen, Ätzen, Ausformen (micromolding) zur Herstellung des mikrofluidischen Chipgerätes verwendet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das mikrofluidische Chipgerät als eine Multilagen-Struktur mit zwei oder mehreren Lagen ausgeführt. Jede der Lagen kann vor dem Zusammenbau separat mikrostrukturiert werden.
Ein Fluidseparations-System gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen kann eines oder mehrere aufweisen aus: Ein Fluidzuführungs-System, ein Trennungsgerät zum Trennen von durch das Fluidlieferungs-System gelieferten Komponenten des Fluids, und eine Flusszelle wie oben beschrieben zum Analysieren und/oder Detektieren von Komponenten des durch das Separations-Gerät separierten Fluids.
Das Separationsgerät kann zum Beispiel ein Flüssigkeitschromatograph oder ein Elektrophorese-Gerät sein. Durch Umhüllen des von dem Separations-Gerät erhaltenen Fluss des Probenfluids kann die Messgenauigkeit der Flusszelle verbessert werden. Durch Modulieren der an den einen oder mehreren Auslass-Kanälen der Flusszelle anliegenden Druckwerten können Probenkomponenten, wie zum Beispiel Zellen oder Kügelchen, sortiert und als homogene Populationen zur Verfügung gestellt werden.
Die Erfindung kann teilweise oder vollständig verkörpert oder unterstützt werden durch ein oder mehrere geeignete Softwareprogramm/e, das/die auf jegliche Art von Datenträger gespeichert oder sonstwie bereit gestellt werden und das/die in oder durch eine jegliche geeignete Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden kann/können. Softwareprogramme oder Routinen werden bevorzugt verwendet um den Betrieb der Flusszelle zu steuern.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranziehung der Zeichnungen erläutert, wobei sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen.
1 zeigt eine Flusszelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen.
2 zeigt eine Flusszelle mit einem gemeinsamen Auslass.
3 zeigt eine Flusszelle mit einem optischen Detektionsaufbau.
4 zeigt ein funktionalisiertes Polymer-Kügelchen.
5 illustriert die die Flussgeometrie beeinflussenden Parameter.
6 zeigt eine Implementation zum Erreichen eines zweiseitig eingeschnürten Flusses des Probenfluids.
7 zeigt eine Implementation zum Erreichen eines allseitigen Einschnürens eines Flusses des Probenfluids.
Die 1A, 1B und 1C zeigen eine Detektionszelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 1A zeigt eine Draufsicht, 1B eine perspektivische Ansicht und 1C zeigt einen Querschnitt der Flusszelle. Über einen ersten Einlass 1 wird ein Fluss 2 eines Probenfluids zu dem Detektionskanal 3 gebracht. Gleichzeitig wird über einen zweiten Einlass 4 ein Hüllfluss 5 eines Hüllfluids und über einen anderen zweiten Einlass 6 wird ein anderer Hüllfluss 7 eines Hüllfluids bereitgestellt. Die Länge des Detektionskanals 3 ist so gewählt, dass der Hüllfluss 5, der Fluss 3 des Probenfluids und der Hüllfluss 7 sich im Wesentlichen nicht mischen. Über die Länge des Detektionskanals 3 bleiben das Hüllfluid und das Probenfluid in wesentlichen Phasen getrennt.
Das Probenfluid kann zum Beispiel eine gewisse Konzentration von Zellen 8, 9 aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Probenfluid eine gewisse Menge von Polymer-Kügelchen aufweisen. Vorzugsweise wurde die Oberfläche dieser Kügelchen funktionalisiert, um mit bestimmten Klassen chemischer Komponenten zu reagieren. Die Detektionszelle weist ferner einen ersten Auslass 10 zum Ableiten des Flusses 2 des Samplefluids, einen zweiten Auslass 11 zum Ableiten des Hüllflusses 5 und einen weiteren zweiten Auslass 12 zum Ableiten des Hüllflusses 7 auf.
1B zeigt wie Hüllflüsse 5, 7 auf der rechten und der linken Seite des Probenfluids unter geeigneten Fluss- und Druckbedingungen den Fluss 2 des Probenfluids auf einen zentralen Bereich 13 des Detektionskanals 3 begrenzen. Als Konsequenz daraus werden die Zellen (oder Kügelchen 8, 9) daran gehindert an die Seitenwände 14, 15 des Detektionskanals 3 anzuhängen. Durch Begrenzen des Flusses 2 des Probenfluids auf den zentralen Bereich 13 des Detektionskanals kann ein Verstopfen des Detektionskanals, was in herkömmlichen Detektionszellen oft passierte, vermieden werden. Ferner können die Seitenwände 14 mit einer Antihaftbedeckung, wie zum Beispiel PEG (Polyethylenglykol), bedeckt werden.
1C zeigt einen Querschnitt des Detektionskanals 3. Der Hüllfluss 5 fließt zwischen der Seitenwand 14 und dem Fluss 2 des Probenfluids, während der Hüllfluss 7 sich zwischen dem Fluss 2 des Sample-Fluids und der Seitenwand 15 befindet. Auf diese Weise kann ein zweiseitiges Einschnüren des Flusses des Probenfluids erreicht werden. Der Fluss 2 des Probenfluids wird auf die Zentralregion des Detektionskanals begrenzt. Als Konsequenz daraus wird die Zelle 9 daran gehindert zu eng an eine der Seitenwände 14 oder 15 zu gelangen. Im Falle, dass das Sample Fluidzellen aufweist, sollte der Detektionskanal 3 in etwa zweimal die Größe eines Durchmessers der Zelle haben. Für Zellen mit einem Durchmesser von ungefähr 10μm könnte die Breite des Detektionskanals zum Beispiel 20-25μm sein.
Die in den 1A, 1B und 1C gezeigte Detektionszelle kann dazu verwendet werden eine elektrische, eine elektromagnetische oder eine optische Eigenschaft des Probenfluids zu bestimmen. Falls das Probenfluid Zellen oder Kügelchen aufweist, kann die Detektionszelle dazu verwendet werden um eine elektrische, elektromagnetische oder optische Eigenschaft der Zellen oder Kügelchen zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird ein Stimulus-Signal an das Probenfluid angelegt und in Antwort auf das Stimulus-Signal wird ein Antwortsignal detektiert und ausgewertet.
In den Ausführungsformen der 1A, 1B und 1C weist die Detektionszelle eine Transmitter-Elektrode 16 und eine Empfängerelektrode auf. Über die Transmitter-Elektrode 16 wird ein elektrisches Stimulus-Signal zu dem Probenfluid gekoppelt. Das elektrische Stimulus-Signal kann zum Beispiel ein Gleichspannungs- oder ein Wechselspannungs-Signal sein. Die Empfängerelektrode 17 ist dazu angepasst, um in Antwort auf das Stimulus-Signal ein elektrisches Antwortsignal zu empfangen. Wenn ein Wechselspannungs-Signal an die Transmitterelektrode 16 angelegt wird, wird ein darauf bezogenes Wechselspannungs-Antwortsignal durch die Empfängerelektrode 17 empfangen. In diesem Fall ist es möglich die Transmitterelektrode 16 und die Receiver-Elektrode 17 beide als kontaktlose Elektroden zu implementieren, denn Wechselspannungs-Signale können kapazitiv zu dem Probenfluid gekoppelt werden. Koppeln von oder zu den Elektroden 16, 17 kann an einer Stelle stattfinden, wo der Probenfluss (noch) nicht begrenzt ist, um auf diese Weise die Kopplungseffizienz zu vergrößern. Alternativ, wenn ein Gleichspannungs-Signal an die Transmitter-Elektrode 16 angelegt wird, wird ein Gleichspannungs-Signal von der Empfängerelektrode 17 empfangen werden. Im Falle von Gleichspannungs-Signalen sind die Transmitter-Elektrode 16 und die Empfänger-Elektrode 17 beide in direktem Kontakt mit dem Probenfluid. Wiederum findet ein Koppeln in einem Bereich statt, in dem der Probenfluss nicht begrenzt ist, was einen guten Kontakt von Elektroden auf die Oberfläche der Kanäle zu dem Probenflüssigkeit sicherstellt.
Das empfangene Gleich- oder Wechselspannungs-Antwortsignal 18 wird an eine Bestimmungseinheit 19 zur weiteren Analyse weitergeleitet. In der Bestimmungseinheit 19 können eine oder mehrere elektrische Eigenschaften des Probenfluids, wie zum Beispiel Leitfähigkeit, komplexe Leitfähigkeit, Impedanz, Widerstand, Recktanz, relative Dielektrizität, etc., bestimmt werden.
Im Falle, dass das Sample-Fluid Zellen (oder Kügelchen) 8, 9 aufweist, kann die Detektionszelle der 1A, 1B und 1C dazu verwendet werden, um diese Zellen oder Kügelchen zu zählen oder analysieren, da jedesmal wenn eine Zelle 9 in den Detektionskanal 3 eintritt, eine Änderung der gemessenen elektrischen Eigenschaft detektiert werden kann. Die Bestimmungseinheit 19 kann zum Beispiel die Anzahl der Zellen, die durch den Detektionskanal 3 pro Zeiteinheit laufen, zählen und daraus die Zellenkonzentration ermitteln.
Es ist vorteilhaft wenn die Leitfähigkeit des Probenfluids die Leitfähigkeit des Hüllfluids übertrifft. Zum Beispiel kann das Probenfluid eine höhere Konzentration von geladenen Ionen als das Hüllfluid aufweisen. Auf diese Weise wirken die Hüllflüsse, 5, 6 im Wesentlichen als eine elektrische Isolation, die das Probenfluid umhüllt, während das Probenfluid als ein „flüssiger Draht" gesehen werden kann, der dazu geeignet ist eine Zelle (oder Kügelchen) 9 zu kontaktieren. Die Antwort auf ein angelegtes Gleich- oder Wechselspannungs-Stimulussignal kann als ein elektrisches Modell angesehen werden, wobei der obere Bereich 20 des Probenflusses, die Zelle 9 und der untere Bereich 21 des Probenflusses als eine Serienschaltung von 3 elektrischen Komponenten betrachtet werden kann. Durch die Anwesenheit der Hüllflüsse 5, 7 wird der Fluss 2 des Probenfluids auf den Zentralbereich 13 des Detektionskanals 3 begrenzt. So werden die Zellen 8, 9 daran gehindert sich an die Seitenwände 14, 15 des Detektionskanals 3 anzulagern.
Das Begrenzen des Probenfluids auf den Zentralbereich 13 des Detektionskanals ist ebenso vorteilhaft mit Blick auf die Messgenauigkeit des Aufbaus. In herkömmlichen Lösungen hat der Gleich- oder Wechselstrom, der auf der rechten und linken Seite der Zelle 9 fließt, einen Hauptbeitrag zu dem gesamten Gleich- oder Wechselstrom geleistet. In den in den 1A, 1B und 1C gezeigten Detektionszellen wird der Beitrag des Gleich- oder Wechselstroms, der parallel zu der Zelle 9 fließt, beträchtlich reduziert. Der gemessene Gleich- oder Wechselstrom stellt im Wesentlichen den durch die Zelle 9 fließenden Strom selbst dar. Im Hinblick darauf helfen die Hüllflüsse 5, 7 die Empfindlichkeit des Messaufbaus zu verbessern. In der Tat können der obere Bereich 20 und der untere Bereich 21 des Flusses 2 des Probenfluids als Kontaktdrähte zum Kontaktieren der Zelle 9 betrachtet werden.
Die Hüllflüsse 5, 7 sind so nützlich um die elektrischen Eigenschaften der Zelle 9 zu bestimmen. Zusätzlich zum Zählen der Zellen 8, 9 erlaubt die Detektionszelle der 1A, 1B und 1C ein Messen der elektrischen Eigenschaften der Zellen. Zum Beispiel ist es möglich verschiedene Typen von Zellen (oder Kügelchen) entsprechend derer elektrischer Eigenschaften zu unterscheiden. Zum Beispiel kann ein Wechselspannungs-Stimulussignal, das unterschiedliche Wechselspannungsfrequenzkomponenten enthält, an die Transmitterelektrode 16 gekoppelt werden. Wenn die Frequenz einer bestimmten Wechselspannungsfrequenzkomponente der Anregungsenergie der Zelle 9 entspricht, wird diese Frequenzkomponente durch die Zelle 9 absorbiert. Zum Beispiel kann eine bestimmte Wechselspannungsfrequenzkomponente einer Aktivierungsenergie für Rotationsbewegungen der Zelle 9 entsprechen. Deshalb können eine oder mehrere Frequenzkomponenten durch die Zelle 9 absorbiert werden, während andere keine Dämpfung erfahren. Durch Vergleich des Frequenzspektrums des empfangenen Wechelspannungsantwortsignals mit dem Frequenzspektrum des Stimulus-Signals ist es möglich, charakteristische Eigenschaften der Zelle abzuleiten und unterschiedliche Typen von Zellen zu unterscheiden.
2 zeigt eine andere Ausführungsform der Detektionszelle gemäß der vorliegenden Erfindung. Über einen ersten Einlass 22 wird ein Fluss 23 des Probenfluids zu der Detektionszelle gebracht, und über die beiden Einlässe 24, 25 werden Hüllflüsse 26, 27 angelegt. Im Gegensatz zu der in den 1A, 1B und 1C gezeigten Ausführungsform weist die Detektionszelle nach 2 einen gemeinsamen Auslass 28 zum Auslassen sowohl des Probenflusses als auch des Hüllflusses auf. Die Detektionszelle weist ferner eine Transmitterelektrode 29 und eine Empfängerelektrode 30 auf. Über die Länge des Detektionskanals 31 fließt der Fluss 23 des Probenfluids und der Hüllflüsse 26, 27 parallel zueinander. Durch die laterale Diffusion fangen die zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten an sich zu mischen. Der Grad der lateralen Diffusion hängt hauptsächlich von der Zeit ab, die die beiden Fluide benötigen um den Detektionskanal 31 zu durchqueren. Indem die Länge des Detektionskanals eher klein gehalten wird (zum Beispiel bis zu mehrere 100μm), kann sichergestellt werden, dass die Phasentrennung zwischen den beiden Flüssigkeiten im Wesentlichen erhalten bleibt. Flussabwärts zu dem Detektionskanal 31 können die beiden Flüssigkeiten anfangen sich stärker zu vermischen, aber dies ist unerheblich für die vorgeschlagene Detektionstechnik.
Die Verwendung einer Detektionszelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf begrenzt elektrische oder elektromagnetische Eigenschaften des Probenfluids zu detektieren. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Detektionszelle, die dafür angepasst ist eine optische Eigenschaft eines Probenfluids zu bestimmen. Die Detektionszelle weist einen ersten Einlass 32 zum Versorgen des Probenfluids 33 und einen zweiten Einlass 34 zum Versorgen eines Hüllfluids 35 auf. Das Probenfluid wird über einen ersten Auslass 36 abgeführt, während das Hüllfluid über einen zweiten Auslass 37 abgeführt wird. Durch das zweiseitige Einschnüren wird der Fluss des Probenfluids 33 auf einen Zentralbereich 38 der Detektionszelle begrenzt. Eine Lichtquelle 39, vorzugsweise eine Laserquelle, liefert einen einfallenden Lichtstrahl 40, der auf den Zentralbereich 38 der Detektionszelle fokusiert ist. Der Messaufbau kann ferner eine erste Detektionseinheit 41 aufweisen, die dazu angepasst ist, die Intensität eines vorwärts abgestrahlten oder gestreuten Signales 42 zu messen. Aus der Intensität des vorwärts abgestrahlten Signals 42 kann die Absorption des Probenfluids 33 abgeleitet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Messaufbau eine zweite Detektionseinheit 43 aufweisen, die in einem Winkel von 90° relativ zu dem einfallenden Lichtstrahl 40 angeordnet ist. Die zweite Detektionseinheit 43 ist dazu angepasst die Intensität eines seitengestreuten Signals 44 zu bestimmen. Der Messaufbau nach 3 ist dazu angepasst die Intensität eines seitengestreuten Signals 44 zu bestimmen. Der Messaufbau nach 3 kann auch dazu verwendet werden eine Fluoreszenzintensität von fluoreszierend markierten Komponenten in dem Probenfluid 33 zu detektieren. Zum Beispiel kann der Fluoreszenz-Messaufbau der 3 dazu verwendet werden die Fluoreszenzintensität von Zellen (oder Kügelchen) 45, die in dem Probenfluid 33 enthalten sind, zu bestimmen. Der einfallende Strahl des Lichtes 40 wird dazu verwendet die fluoreszenten Markierungen der markierten Komponenten anzuregen. Das zurückemittierte fluoreszente Licht, das normalerweise eine größere Wellenlänge als das einfallende Licht hat, wird entweder durch die erste Detektionseinheit 41, die zweite Detektionseinheit 43 oder durch beide detektiert.
Die in 3 gezeigte optische Detektionstechnik kann mit der in den 1A, 1B und 1C gezeigten elektrischen Detektion kombiniert werden. Zu diesem Zweck kann die Detektionszelle nach 3 zusätzlich eine Transmitterelektrode 46 zum Koppeln eines elektrischen Stimulus-Signals zu dem Probenfluid 33 und eine Empfängerelektrode 47 zum Empfangen eines elektrischen Antwortsignals aufweisen. Die optische Detektionszelle nach 3 muß aber keinen zusätzlichen elektrischen Detektionsmechanismus aufweisen, und aus diesem Grund werden die Transmitter-Elektrode 46 und die Empfänger-Elektrode 47 mit gestrichelten Linien dargestellt. Falls das Probenfluid 33 fluoreszierend markierte Zellen (oder Kügelchen) 45 aufweist, kann das durch die Empfängerelektrode 47 zur Verfügung gestellte elektrische Antwortsignal zum Auslösen der Detektion der Fluoreszenzintensität verwendet werden. Zum Beispiel wird jedesmal wenn eine Zelle (oder Kügelchen) 45 in den Detektionskanal eintritt, eine entsprechende Änderung der Leitfähigkeit des Probenfluids detektiert. Diese Leitfähigkeitsänderung indiziert, dass eine Zelle 45 durch den Detektionskanal läuft. Jedesmal wenn eine Leitfähigkeitsänderung dieser Art erkannt wird, wird eine Fluoreszenzintensität der jeweiligen Zelle ausgewertet. Ferner kann die elektrische Detektion dazu verwendet werden um Dubletten von Zellen, die durch den Detektionskanal laufen, zu erkennen. Wenn das Antwortsignal indiziert, dass zwei Zellen gleichzeitig zu der detektierten Fluoreszenzintensität beitragen, wird der entsprechende Messwert aussortiert.
Der Messaufbau nach 3 kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um die Fluoreszenzintensität von fluoreszierend markierten Zell-DNA während der Zellteilung zu verfolgen. Kurz bevor eine Zelle in zwei Tochterzellen aufgeteilt ist, wird die Menge von in der Zelle enthaltenen DNA signifikant vergrößert (verdoppelt). Diese Vergrößerung der DNA-Menge führt zu einer entsprechenden Vergrößerung der detektierten Fluoreszenzintensität. Entsprechend kann durch Verfolgen der Fluoreszenzintensität von durch den Detektionskanal laufenden Zellen der Prozess der Zellteilung überwacht werden.
Der Messaufbau nach 3 kann ferner dazu verwendet werden, um die Fluoreszenzintensität von funktionalisierten Polymer-Kügelchen, wie den in 4 gezeigten funktionalisierten Polymer-Kügelchen 48, zu überwachen. Die Polymer-Kügelchen 48 wurden chemisch modifiziert und weisen eine Anzahl von funktionalen Gruppen 49 auf, die dazu angepasst sind mit bestimmten chemischen Komponenten oder mit einer Klasse chemischer Komponenten zu reagieren. Bei Verwendung dieser in 4 gezeigten Art von Kügelchen kann die Anwesenheit oder Abwesenheit von bestimmten chemischen Komponenten zumindest eine der optischen oder elektrischen Eigenschaften der Kügelchen 48 beeinflussen. Ein Messaufbau der in 3 gezeigten Art erlaubt diese optischen und/oder elektrischen Eigenschaften zu verfolgen.
5 gibt einen Überblick über Parameter, die die Geometrie der Flüsse in der Detektionszelle beeinflussen. Probenfluid bei einem Atmosphären-Druck p wird an einen ersten Einlass 50 angelegt. Ähnlich werden Hüllfluide bei einem atmosphärischen Druck p an zweite Einlasse 51, 52 angelegt. Um das Probenfluid abzuführen wird ein sub-atmosphärischer Druck p1 an einen ersten Auslass 53 angelegt. Ein Fluss 54 des Probenfluids wird hergestellt, der hauptsächlich durch die Druckdifferenz (p-p1) angetrieben wird, die entlang der Länge l1 des Probenflusspfades 1 anliegt. Um das Hüllfluid zurückzuziehen wird ein subatmosphärischer Druck p2 an die Auslasse 55, 56 angelegt. Als Konsequenz daraus bilden sich Hüllflüsse 57, 58. Die Hüllflüsse 57, 58 werden hauptsächlich durch die Druckdifferenz (p-p2) angetrieben, die entlang der Länge l2 der jeweiligen Hüllflusspfade anliegt.
Die sub-atmosphärischen Drücke p1 und p2, die zum Beispiel in einem Bereich zwischen 10 mbar und 400 mbar liegen können, können dadurch angelegt werden, dass die Auslasse 53, 55, 56 an eine oder mehrere Vakuumpumpen angeschlossen werden. Zum Beispiel kann zum Erzeugen der benötigten subatmosphärischen Drücke p1, p2 eine Wasserzugluftpumpe (engl.: waterjet air pump) oder eine peristaltische Pumpe verwendet werden.
Der als ein Volumen pro Zeiteinheit definierte volumetrische Fluss hängt von dem hydraulischen Widerstand R einer Leitung und einer Druckdifferenz Δp entlang der Leitung ab. Der volumetrische Fluss ist näherungsweise:
wobei η die Viskosität des Fluids, A den Querschnitt der Zuführung/Leitung und l die Länge der Zuführung bezeichnet. Es ist allerdings zu berücksichtigen, dass diese Formel nur eine Annäherung darstellt, da in einer radialen Richtung sich unterschiedliche Drücke innerhalb der Flusszelle ausgleichen.
Durch die Anwesenheit der Hüllflüsse wird der Fluss des Probenfluids auf einen relativ kleinen Querschnitt A2 begrenzt, und die lineare Geschwindigkeit des Probenfluids wird erhöht. Der Querschnitt A2 ist beträchtlich kleiner als der gesamte Querschnitt A des Detektionskanals. In der Tat wird in dem Zentralbereich des Detektionskanals die vergrößerte Geschwindigkeit v2 des Probenflusses hauptsächlich durch den Grad der Einschnürung bestimmt. Durch die Kontinuitätsgleichung v1·A1 = v2·A2 wird das Verhältnis der Geschwindigkeiten v1 und v2 im Wesentlichen gleich zu dem Verhältnis der Querschnitte A1 und A2, wobei A1 den Querschnitt am Einlass 50 und A2 den Querschnitt des Probenflusses 54 in dem Zentralbereich des Detektionskanals bezeichnet. Konsequenterweise wird, je kleiner der effektive Querschnitt A2 des Probenflusses 54 ist, die entsprechende lokale Geschwindigkeit v2 immer größer. Der gesamte Querschnitt A des Detektionskanals ist ein weiterer Parameter, der dazu verwendet werden kann, die entsprechenden Flüsse in der Detektionszelle in ihrer Größe einzustellen.
6 zeigt eine technische Implementation zum Umsetzen einer zweiseitigen Einschnürung eines Flusses von Probenfluid. Der Fluss 59 des Probenfluids wird durch eine Röhre 60 durchgeführt. Über die Führungen 61, 62 werden jeweilige Flüsse 63, 64 von Hüllfluid angelegt. Daraus resultiert in einer Region 65 ein zweiseitiges Einschnüren des Flusses 66 des Probenfluids. Mittels der zwei Hüllflüsse 67, 68 wird der Fluss 66 auf einen Zentralbereich der Röhre 60 begrenzt. Der Auslass 69 kann ein gemeinsamer Auslass sein um das Probenfluid und das Hüllfluid abzuziehen. Alternativ kann die Detektionszelle ferner weitere Auslasse zum Abziehen des Hüllfluids aufweisen. Durch reduzieren der relativen Größe des Flusses 59 des Probenfluids können die zwei Hüllströme sich oben und unten treffen und, falls dies passiert, wird ein allseitiges Einschnüren erreicht.
Eine Detektionszelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann als ein mikrofluidisches Chipgerät implementiert werden. Die Fluiddurchgänge der in 6 gezeigten Detektionszelle können durch Mikrostrukturierungstechniken realisiert werden. Zum Beispiel kann die Detektionszelle als eine Zweischicht-Struktur mit einer unteren Schicht 70 und einer oberen Schicht 71 implementiert werden. Mikrostrukturierungstechniken wie zum Beispiel Ätzen, Heissprägen, Laser-Abtragen oder Mikro-Umformen können zum Prozessieren der Oberflächen der Schichten verwendet werden.
7 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Detektionszelle, die eine allseitige Einschnürung des Probenflusses leistet. Ein Fluss 72 des Probenfluids wird an eine Durchführung 73 geliefert. Über vier Durchführungen 74, 75, 76, 77 werden jeweils Hüllflüsse 78, 79, 80. 81 geliefert. Auf diese Weise wird in dem Detektionskanal 82 ein allseitiges Einschnüren des Flusses 83 des Sample-Fluids erreicht. Die Ausführungsform nach 7 kann als eine Mehrlagenstruktur mit Lagen 84, 85 implementiert werden. Um allerdings Fluiddurchgänge zum Versorgen von Hüllfluid an die Durchführungen 75, 77 jeweils zu beherbergen, kann es notwendig sein zusätzliche Lagen hinzuzufügen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Flusszelle weit auf einen ersten Einlass (1) zum Anlegen eines Probenfluids an die Flusszelle, einen zweiten Einlass (4, 6) zum Anlegen eines Hüllfluids an die Flusszelle, und ein oder mehrere Auslasse (10, 11, 12). Ein Probenfluss (2) von Probenfluid wird zwischen dem ersten Einlass (1) und einem der einen oder mehrere Auslasse (10, 11, 12), und ein Hüllfluss (5, 7) von Hüllfluid wird zwischen dem zweiten Einlass (4, 6) und zumindest einem der einen oder mehreren Auslasse (10, 11, 12) hergestellt. Der Hüllfluss (5, 7) angepasst ist zum Umhüllen des Probenflusses (2) zumindest in einem Teil der Flusszelle. Ein Empfänger ist zum Empfangen eines Antwortsignales in Antwort auf ein an die Flusszelle gekoppeltes Stimulussignal vorgesehen, wobei das Antwortsignal auf eine elektrische Eigenschaft des Probenfluids hinweist.

Claims

Eine Flusszelle aufweisend einen ersten Einlass (1) zum Anlegen eines Probenfluids an die Flusszelle, einen zweiten Einlass (4, 6) zum Anlegen eines Hüllfluids an die Flusszelle, ein oder mehrere Auslasse (10, 11, 12), wobei ein Probenfluss (2) von Probenfluid zwischen dem ersten Einlass (1) und einem der einen oder mehrere Auslasse (10, 11, 12) hergestellt wird, und ein Hüllfluss (5, 7) von Hüllfluid zwischen dem zweiten Einlass (4, 6) und zumindest einem der einen oder mehreren Auslasse (10, 11, 12) hergestellt wird, und der Hüllfluss (5, 7) angepasst ist zum Umhüllen des Probenflusses (2) zumindest in einem Teil der Flusszelle, ein Empfänger zum Empfangen eines Antwortsignales in Antwort auf ein an die Flusszelle gekoppeltes Stimulussignal, wobei das Antwortsignal auf eine elektrische Eigenschaft des Probenfluids hinweist.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 mit zumindest einem aus: das Stimulussignal ist ein elektrisches Signal oder ein elektromagnetisches Signal; eine erste Elektrode und/oder eine zweite Elektrode, wobei jede dazu angepasst ist, um das Stimulussignal an die Flusszelle zu koppeln und/oder das Antwortsignal zu empfangen.
Die Flusszelle nach Anspruch 2 mit zumindest einem aus: die erste Elektrode befindet sich in dem Bereich eines ersten Endes der Flusszelle oder in dem Bereich eines zweiten Endes der Flusszelle; die zweite Elektrode befindet sich in dem Bereich des zweiten Endes der Flusszelle oder in dem Bereich des ersten Endes der Flusszelle; die erste und/oder die zweite Elektrode sind/ist in direktem Kontakt mit dem Probenfluid; die erste Elektrode ist dazu angepasst ein Wechselspannungs-Signal kapazitiv an die Flusszelle zu koppeln; die zweite Elektrode ist angepasst um kapazitiv ein Wechselspannungsantwort-Signal in Antwort auf ein an die Flusszelle gekoppeltes Wechselspannungssignal zu empfangen.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem aus: eine Bestimmungseinheit zum Ableiten der elektrischen Eigenschaft des Probenfluids aus dem Antwortsignal; das Stimulus-Signal ist ein Wechselspannungs-Signal und das Antwortsignal ist ein Wechselspannungsantwort-Signal; die elektrische Eigenschaft ist zumindest eine aus: Leitfähigkeit, komplexe Leitfähigkeit, Impedanz, Widerstand, Recktanz, relative Dielektrizität; die Leitfähigkeit des Probenfluids ist größer als die Leitfähigkeit des Hüllfluids; die Bestimmungseinheit ist dazu angepasst um Änderungen der elektrischen Eigenschaft, die indizieren, dass eine Zelle oder Kügelchen durch die Flusszelle läuft, zu detektieren; die Bestimmungseinheit ist dazu angepasst das Antwortsignal spektral zu analysieren.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem aus: die Länge der Flusszelle ist so gewählt um sicherzustellen, dass der Probenfluss und der Hüllfluss sich im Wesentlichen nicht mischen; die Länge der Flusszelle ist so gewählt um sicherzustellen, dass der Probenfluss und der Hüllfluss in wesentlichen Phasen getrennt über die Länge der Flusszelle bleiben; die Länge der Flusszelle reicht von 1 μm bis 1800 μm und vorzugsweise von 10 μm bis 300 μum.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem aus: ein gemeinsamer Auslass zum Abführen sowohl des Probenfluids als auch des Hüllfluids; ein erster Auslass zum Abführen primär des Probenfluids und zumindest ein zweiter Auslass zum Abführen primär des Hüllfluids; der erste und der zweite Einlass befinden sich beide in dem Bereich eines ersten Endes der Flusszelle; der eine oder die mehreren Auslasse befinden sich in einem Bereich eines zweiten Endes der Flusszelle entgegengesetzt dem ersten Ende.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche mit zumindest einem aus: innerhalb der Flusszelle sind das Probenfluid und das Hüllfluid in direktem Kontakt miteinander; ein einzelner Strom aus Hüllfluid, der sich auf einer Seite des Probenflusses befindet, begrenzt den Probenfluss in einer Art und Weise ein, dass ein einseitiges Einschnüren des Probenflusses erreicht wird; zwei Ströme des Hüllfluids, die sich auf der rechten Seite und der linken Seite des Probenflusses befinden, begrenzen den Probenfluss in einer Art und Weise, dass eine zweiseitige Einschnürung des Probenflusses erreicht wird, der Hüllfluss des Hüllfluids umrundet den Probenfluss in einer Art und Weise, dass ein allseitiges Einschnüren des Probenflusses erreicht wird.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem aus: die Flusszelle ist dazu angepasst, um sich in dem Probenfluid befindende Zellen, Kügelchen oder einer Mischung aus beiden zu zählen und/oder zu analysieren; das Probenfluid wirkt wie ein flüssiger Draht, um eine Zelle oder Kügelchen zu kontaktieren, während diese in der Flusszelle sich befinden, wobei vorzugsweise eine elektrische Eigenschaft durch die Anwesenheit oder Abwesenheit der Zellen oder Kügelchen in der Flusszelle moduliert wird; eine innere Oberfläche der Flusszelle ist mit einer Bedeckung versehen um ein Anlagern der Zellen an die innere Oberfläche zu reduzieren; die Flusszelle ist im Wesentlichen zweimal länger als ihr Durchmesser.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem aus: eine Lichtquelle und eine optische Detektionseinheit; eine Fluoreszenzdetektionseinheit zum Evaluieren der Fluoreszenzintensität wenn die elektrische Eigenschaft indiziert, dass eine Zelle oder Kügelchen durch die Detektionszelle läuft; eine Bestimmungseinheit zum Evaluieren des Antwortsignals wenn die Fluoreszenzdetektionseinheit indiziert, dass eine Zelle oder Kügelchen durch die Detektionszelle läuft.
Die Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche mit zumindest einem aus: die Flusszelle ist als ein mikrofluidisches Chipgerät implementiert; die Flusszelle ist mittels Mikrostrukturierungstechnologien wie Laserabtragen, Heissprägen, Ätzen, Mikroumformen implementiert; die Flusszelle ist als eine Mehrlagenstruktur mit zwei oder mehreren Lagen implementiert.
Ein Fluidseparationssystem zum Trennen von Komponenten eines Fluids, aufweisend: eine Flusszelle nach Anspruch 1 oder einem der vorangegangenen Ansprüche zum Analysieren und/oder Detektieren von Komponenten des Fluids.
Das Fluidseparationssystem nach Anspruch 11, mit zumindest einem aus: einem Fluidversorgungssystem; einem Separationsgerät um von einem Fluidversorgungssytem gelieferte Komponenten eines Fluids zu separieren; das Fluidseparationssystem ist oder weist zumindest eines auf von: • ein chromatographisches System, • ein Hochleistungsfluidchromatographie-System, • eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographieanordnung mit einem Chip und einem Massenspektrograph, • ein Hochdurchsatzflüssigkeitschromatographie/Massenspektroskopie-System, • ein Aufreinigungssystem, • ein Mikrofraktionssammlungs-/Auftragungssystem, • ein System zum Identifizieren von Proteinen, • ein System mit einer Gelpermationschromatographie/Größenausschluss-Chromatographiesäule, • ein Nanofluss-Flüssigkeitschromatographiesystem, • ein multidimensionales Flüssigkeitschromatographiesystem zum Separieren von Proteindigesten.
Ein Verfahren aufweisend: Anlegen eines Probenfluids an einen ersten Einlass (1) einer Flusszelle, Anlegen eines Hüllfluids über einen zweiten Einlass (4, 6) der Flusszelle, Abführen des Probenfluids und des Hüllfluids über einen oder mehrere Auslasse (10, 11, 12), wobei ein Probenfluss (2) zwischen dem ersten Einlass (1) und einem der einen oder mehrere Auslasse (10, 11, 12) hergestellt wird, ein Hüllfluss (5, 7) von Hüllfluss zwischen dem zweiten Einlass (4, 6) und zumindest einem der einen oder mehrere Auslasse (10, 11, 12) hergestellt wird, und der Hüllfluss (5, 7) den Probenfluss (2) zumindest in einem Teil der Flusszelle umhüllt, Einkoppeln eines Stimulussignales in die Flusszelle und Empfangen eines Antwortsignals in Antwort auf das Stimulussignal, wobei das Antwortsignal auf eine elektrische Eigenschaft des Probenfluids hinweist.
Das Verfahren nach Anspruch 13 mit zumindest einem aus: Ableiten der elektrischen Eigenschaft des Probenfluids aus dem Antwortsignal; Zählen von in dem Probenfluid enthaltenen Zellen oder Kügelchen; Analysieren von in dem Probenfluid enthaltenen Zellen oder Kügelchen; Korrelieren einer elektrischen Eigenschaft des Samplefluids mit einem Sekundärparameter, der von den Zellen oder Kügelchen abgeleitet wird; Detektieren von Änderungen der elektrischen Eigenschaft, die indizieren, dass eine Zelle durch die Flusszelle läuft; Evaluieren einer Fluoreszenzintensität des Probenfluids zusätzlich zu dem Bestimmen der elektrischen Eigenschaft des Probenfluids; Evaluieren einer Fluoreszenzintensität wenn die elektrische Eigenschaft indiziert, dass eine Zelle durch die Flusszelle läuft; Evaluieren des Antwortsignals wenn die Fluoreszenzintensität indiziert, dass eine Zelle durch die Flusszelle läuft
Ein Software-Programm oder Produkt, vorzugsweise auf einem Datenträger gespeichert, zum Steuern der Schritte nach Anspruch 13 oder einem der vorangegangenen Ansprüche, wenn diese auf einem Datenverarbeitungssystem wie einem Computer ablaufen.